Электромагнитный расходомер Советский патент 1980 года по МПК G01F1/58 

1

Изобретение относится к- средствам измерения расхода жидкостей и может быть использовано при построении цифровых расходомеров.

Известны автокомпенсационные элек-5 тромагнитные расходомеры с частотным выходом, в которых для уравновешивания синфазной и квадратурной составляющих выходных сигналов преобразователей расхода используются статичес- 10 кие и динамические регулирующие устройства 1 .

Недостаток этих расходомеров заключается в сложности реализации и необходимости выполнения дополнитель-|5 ного преобразования для получения частотного выходного сигнала.

Известны также электромагнитные расходомеры, содержащие последовательно включенные источник переменного 20 тока, первичный электромагнитный преобразователь с настроенной на частоту источника обмоткой возбунщения и двумя электродами, усилитель напряжения переменного тока, фазовый де- 25 тектор, вход управления которого через формирователь соединен с выходом источника питания, интегрирующий преобразователь напряжения в частоту, дополнительный фазовый детектор, фа- 30

зосдвигающее устройство, управляющее двухполюсным переключателем, накопительный элемент и фильтр, причем выход формирователя соединен с входом управления двухполюсного переключателя и - через фазосдвигающее устройство - с входом управления дополнительного фазового детектора, вход которого подключен к выходу усилителя, а выход - ко входу интегрирующего преобразователя напряжения в частоту, второй вход которого через фильтр и один из контактов переключателя соединен с накопительным элементом, который через второй контакт переключателя соединен с выходом основного фазового детектора 2 .

Недостатками этих расходомеров являются невысокая точность и малая помехоустойчивость, вследствие преобразования аналоговых сигналов.

С целью повышения точности и помехоустойчивости , электромагнитный расходомер, содержащий последовательно соединенные источник переменного тока и первичный преобразователь расхода с настроенной на частоту источника Обмоткой возбуждения и двумя электродами, и фазосдвигаютдее устройство, вход которого соединен с источНИКОМ переменного тока, снабжен генератором импульсов, дискретным делителем частоты, формирователем разности фаз, цифровым делителем импульсных сигналов, двумя формирователями прямоугольных импульсов, вход первого из которых соединен с выходом перви наго ПЕ)еобразователя расхода, вход второго - с выходом фазосдвигающего устройства, а выходы формирователя прямоугольных импульсов соединены с входами формирователя разности Лаз, а также двумя схемами совпадения, причем первый вход первой из них соединен с выходом генератора, ёторой ее вход - с выходом формирователя разности фаз, первый вход второй схемы совпадения через дискретный делитель частоты также соединен с выходом генератора, второй ее вход соединен с выходом первого формирователя прямоугольных импульсов, а выходы обеих схем совпадения соединены со входами цифрового делителя импульсных сигналов.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого электромагнитного расходомера .

Расходомер содержит источник 1 переменного тока, первичный электромагнитный преобразователь 2, содержащий подстроечный конденсатор 2-1, обмотк 2-2 возбуждения, злектроды 2-3 и 2-4, фазосдвигающее устройство 3, фо мирователи 4 и 5 прямоугольных импул сов, формирователь б разности Лаз, генератор 7 импульсов, схемы 8 и 9 совпадения, дискретный делитель 10 частоты и цифровой делитель 11 импульсных сигналов.

Расходомер работает следующим Образом.

По обмотке 2-2 первичного преобразователя, настроенной конденсатором 2-1 в резонанс с частотой f источника 1 тока, протекает переменный ток 3 , создающий магнитное поле в зазоре между электродами 2-3 и 2-4. При движении жидкости на этих электродах находится ЭЛС Е, , пропорциональная скорости (а следовательно, расходу Q) жидкости. Одновременно С ЭЛС ЕТ, на электродах наводится квадратурная (сдвинутая на 90 по фазе относительно Е) ЭДС Eij,, независящая от скорости движения жидкости и вызванная нгшичием несимметрии в расположении электродов, искажением магнитного поля и т.п. Таким образом на выходе преобразователя 2 напряжение U представляет собой векторную сумму двух составлякняих

il - Ё, Ег.(1)

(2)

К О а, (3)

К 3 f,

где к - конструктивный параметр преобразователя ,

;Исходя из выражений (1),(2) и (3)

ЭДС Е, и ЕП можно представить в виде Е., и « ,(4)

EI - и - COS-P,(5)

где - угол между векторами U и Б .

Решая совместно выражения (2),(3) и (4) и (5), получаем

Q - К„ tg4 ,(6)

где К. - масштабный коэффициент.

Таким образом определение значеQ ния расхода сводится к измерению величины угла f между суммарным напряжением и и квадратурной ЭДС Ё.

Измерение угла производится следующим образом.

Напряжение О формируется в прямоугольные импульсы длительностью Т/2 (т - период колебаний источника 1 тока) формирователем 3 и подается на один вход формирователя 6 разности фаз, на второй вход которого подаются прямоугольные импульсы с формирователя 4, фаза которых совпадает (достигается при настройке) с фазой квадратурной ЭДС. Эти импульсы формируются формирователем 4, подключенным к фазосдвигающему устройству 3, которое в свою очередь подключено к источнику 1 тока.

Формирователь 6 разности фаз формирует на выходе импульс длительносQ тью t , которая пропорциональна разности времени поступления на ее вход импульсов с формирователей 4 и 5.При этом величина длительности импульса t определяется выражением

,(7)

где U) 2iC - угловая частота колебаний источника переменного тока.

Импульсы с выходов формирователей 0 5 и 6 поступают на первые входы схем 8 и 9 совпадения,соответственно импульсы с генератора 7 непосредственно поступают на второй вход схемы совпадения 8, а на второй вход схемы 45 совпадения 9 поступают импульсы с

выхода дискретного делителя 10 частоты , подключенного к генератору 7. При этом в течение каждого периода на выходах схем 8 и 9 фиксируются ел соотве.тственно следующие числа импульсов

(8)

fp t

N,

fe- I

(9)

5 где fp - частота следования импульсов генератора 7 i Kg- коэффициент деления делителя 10..

Импульсы N и Mij поступают на входы цифрового делителя 11 импульсных сигналов, который выполняет операцию деления чисел N и H,j

NI

2Кау (10)

N

Используя выражение (7) и учитывая,

что Т можно число N представить в виде

«л Оф J) ц

4UT - SljV-- a --S - 11)

U)

из выражения (11) определяется искомый угол 9

Ч - ,

(12)

по которому определяется величина измеренного расхода Q

.. N.U:

(13) ка

Крутизну статической характеристики расходомера можно варьировать изменением коэффициента Kg делителя 10. Как видно из выражения (13) , на точность измерения расхода не влияют такие дестабилизирующие факторы, как нестабильности частот и амплитуд источника 1 переменного тока и генератора 7 импульсов, кроме того, выполнение операции деления по формуле (10) исключает влияние нестабильностей, свойственных аналоговым делителям. В связи с указанными особенностями, применение предлагаемых расходомеров позволяет существенно увеличить точность и помехозащищенность измерения и упростить процесс настройки расходомеров, так как весь процесс настройки сводится к установке фазы напряжения с фазосдвигающего устройства 3 на совпадение с фазой квадратурной ЭДС. Калибровка показаний расходомера осуществляется изменением величины Kg,

Формула изобретения электромагнитный расходомер, содержащий последовательно соединенные

источник переменного тока и первичный преобразователь расхода с настроенной на частоту источника обмоткой возбуждения и двумя электродами,и фазосдвигагакяцее устройство,вход которого соединен с источником переменного тока, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и помехо устойчивости , он снабжен генератором импульсов, дискретным делителем частоты. Формирователем разности фаз,

0 цифровым делителем импульсных сигналов , -двумя формирователями прямоугольных импульсов, вход первого из которых соединен с выходом первичного преобразователя расхода, вход второ5го - с выходом фазосдвигающего устройства, а выходы формирователей прямоугольных импульсов соединены с входами формирователя разности фаз, а также двумя схемами совпадения,

0 причем первый вход первой из них соединен с выходом генератора, второй ее вход - с выходом формирователя разности фаз, первый вход второй схемы совпадения через дискретный делитель частоты также соединен с выходом

5 генератора, -второй ее вход соединен с выходом первого формирователя прямоугольных импульсов, а выходы обеих схем совпадения соединены со входами цифрового делителя импульсных сигна0лов .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

5 № 470702, кл.С 01 F 1/00, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР , № 605093, кл.С 01 F 1/0,0, 1975 (про40 тотйп) .